JP5123890B2 - トランシーバおよび通信システム - Google Patents

Description

本発明は、電界伝達媒体に電界を誘起させて通信を行うトランシーバおよび通信システムに関するものである。

近年にあっては、電界を用いた通信システムが多数提案されている。特許文献１には、通信システムの一例が記載されている。

特開２００７−１７４５７０号公報

図４は、通信システムの一例を示す図である。図５は、トランシーバ１Ａの斜視図である。図６は、トランシーバ１Ａの回路構成を示すブロック図である。

トランシーバ１Ａは、例えば、ユーザＵのポケットに収納される。このとき、電極１１、１２の一方（電極１１とする）が衣服を介して、ユーザＵの人体に触れる。

ユーザＵは、自分の名前などをトランシーバ２へ伝達したい場合、電極２１に乗る。この状態で、制御回路１０４は、名前などのデータを送信器１０１に与える。送信器１０１は、データに基づく送信信号を電極１１、１２間に印加する。電極１１は人体に触れているので、ユーザＵの人体と電極１２の間に信号が生じる。このユーザＵが電極２１に乗ると、電極２１、２２間に受信信号が生じる。トランシーバ２は、この受信信号を通信回路２６で受信する。

ところで、トランシーバ１Ａが握られて、電極１１、１２の両方に手が触れてしまうと、電極１１、１２間のインピーダンスが低下する。これにより、受信信号の振幅も低下し、良好な通信が行えなくなる場合がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極と電界伝達媒体の位置関係によっては良好な通信が妨げられるという問題の解決を図ったトランシーバおよび通信システムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、第１の本発明は、電界伝達媒体に電界を誘起させて通信を行うトランシーバであって、複数の電極と、所定の２回路節点間に送信信号を印加し、前記２回路節点間に印加された受信信号を処理する半二重送受信回路と、与えられる制御信号に対応する２つの前記電極を前記２回路節点に接続するスイッチ回路と、前記スイッチ回路に対して互いに異なる制御信号を順次に与え、当該互いに異なる制御信号に対応する２つの前記電極を介して前記２回路節点間に印加された受信信号の振幅を検出し、当該振幅を最も大きくした制御信号に対応する２つの前記電極が前記２回路節点に継続的に接続されるように前記スイッチ回路を制御する制御回路とを備えることを特徴とする。

例えば、前記一方の回路節点は、前記複数の電極の１つに予め接続され、前記スイッチ回路は、前記他方の回路節点を当該１つの電極を除く複数の電極の１つに接続する。

例えば、前記スイッチ回路は、前記一方の回路節点を前記複数の電極に含まれる複数の電極の１つに接続する回路と、前記他方の回路節点を当該複数の電極を除く複数の電極の１つに接続する回路とを備える。

第２の本発明は、電界伝達媒体に電界を誘起させて通信を行う２つのトランシーバを備える通信システムであって、少なくとも一方のトランシーバは、複数の電極と、所定の２回路節点間に送信信号を印加し、前記２回路節点間に印加された受信信号を処理する半二重送受信回路と、与えられる制御信号に対応する２つの前記電極を前記２回路節点に接続するスイッチ回路と、前記スイッチ回路に対して互いに異なる制御信号を順次に与え、当該互いに異なる制御信号に対応する２つの前記電極を介して前記２回路節点間に印加された受信信号の振幅を検出し、当該振幅を最も大きくした制御信号に対応する２つの前記電極が前記２回路節点に継続的に接続されるように前記スイッチ回路を制御する制御回路と
を備えることを特徴とする。

第３の本発明は、電界伝達媒体に電界を誘起させて通信を行うトランシーバの動作方法であって、前記トランシーバは、複数の電極と、所定の２回路節点間に送信信号を印加し、前記２回路節点間に印加された受信信号を処理する半二重送受信回路と、与えられる制御信号に対応する２つの前記電極を前記２回路節点に接続するスイッチ回路と、前記スイッチ回路に対して制御信号を与える制御回路とを備え、前記トランシーバの動作方法は、前記制御回路が、前記スイッチ回路に対して互いに異なる制御信号を順次に与えるステップと、前記制御回路が、当該互いに異なる制御信号に対応する２つの前記電極を介して前記２回路節点間に印加された受信信号の振幅を検出するステップと、前記制御回路が、当該振幅を最も大きくした制御信号に対応する２つの前記電極が前記２回路節点に継続的に接続されるように前記スイッチ回路を制御するステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、電界伝達媒体に電界を誘起させて通信を行うトランシーバは、複数の電極と、所定の２回路節点間に送信信号を印加し、前記２回路節点間に印加された受信信号を処理する半二重送受信回路と、与えられる制御信号に対応する２つの前記電極を前記２回路節点に接続するスイッチ回路と、前記スイッチ回路に対して互いに異なる制御信号を順次に与え、当該互いに異なる制御信号に対応する２つの前記電極を介して前記２回路節点間に印加された受信信号の振幅を検出し、当該振幅を最も大きくした制御信号に対応する２つの前記電極が前記２回路節点に継続的に接続されるように前記スイッチ回路を制御する制御回路とを備えるので、電極と電界伝達媒体の位置関係がどのような場合であっても、その状態においては、信号の振幅を最も大きくでき、より良好な通信を行うことができる。

本実施の形態に係る通信システムを示す図である。 図１に示すトランシーバ１の斜視図である。 トランシーバ１の回路構成を示すブロック図である。 従来の通信システムを示す図である。 図４に示すトランシーバ１Ａの斜視図である。 トランシーバ１Ａの回路構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態に係る通信システムを示す図である。

通信システムは、ユーザＵに握られるなどして使用されるトランシーバ１と、例えば、床下に設置されるトランシーバ２とを備える。トランシーバ１は、ポケットに収納されて使用されることもある。トランシーバ１、２間の通信は、ユーザＵの人体つまり本実施の形態における電界伝達媒体に電界を誘起させて行われる。

トランシーバ２は、電極２１、２２と、送信器２３と、受信器２４と、制御回路２５とを備える。送信器２３は、制御回路２５から与えられるデータに基づく送信信号を電極２１、２２間に印加し、これにより、電極２１に乗ったユーザＵの人体に電界を誘起させるようになっている。受信器２４は、差動増幅器であり、トランシーバ１がユーザＵの人体に電界を誘起させて、これにより、電極２１、２２間に印加された受信信号を増幅し、増幅後の受信信号を制御回路２５に与えるようになっている。

図２は、トランシーバ１の斜視図である。

トランシーバ１は、電極１１〜１４、および後述する回路を備える。電極１１は、筐体Ｋ１の表面に配置されている。電極１２は、筐体Ｋ２の裏面に配置されている。

各電極１１、１２は、くびれた形状を有している。これは、トランシーバ１を握ったときに、電極１１、１２の両方に手が触れにくいようにしたものである。また、トランシーバ１を筐体Ｋ１の表面から握ったときと、筐体Ｋ２の裏面から握ったときとで、人体との接触面積が同じになるように、各電極１１、１２の面積は同じになっている。

各電極１３、１４は、筐体Ｋ２において対向する側面の一方、他方に配置されている。電極１３、１４も、電極１１、１２の面積を同じにしたのと同様に、同じ大きさになっている。

図３は、トランシーバ１の回路構成を示すブロック図である。

トランシーバ１は、電極１１〜１４、送信器１０１、受信器１０２、スイッチ回路１０３、制御回路１０４を備える。

電極１１、送信器１０１のプラス側の出力端子、受信器１０２のプラス側の入力端子は、回路節点Ａを含む回路パターンなどで互いに接続されている。

各電極１２、１３、１４は、スイッチ回路１０３の各端子１０３１、１０３２、１０３３に接続されている。

送信器１０１のマイナス側の出力端子、受信器１０２のマイナス側の入力端子、スイッチ回路１０３の端子１０３０は、回路節点Ｂを含む回路パターンなどで互いに接続されている。

制御回路１０４は、各送信器１０１、受信器１０２、スイッチ回路１０３に、回路パターンなどで接続されている。

送信器１０１は、制御回路１０４から与えられるデータに基づく送信信号を回路節点Ａ、Ｂ間に印加するようになっている。

受信器１０２は、差動増幅器であり、回路節点Ａ、Ｂ間に印加された受信信号を増幅し、増幅後の受信信号を制御回路１０４に与えるようになっている。

送信器１０１の各出力端子、受信器１０２の各入力端子は、トランシーバ１の回路グラウンドから分離されて、いわゆるフローティングになっている。これにより、回路グラウンドの電位が揺らいだとしても、送信信号と受信信号には影響しないうという効果が得られる。

スイッチ回路１０３は、例えば、端子１０３０、１０３１間、端子１０３０、１０３２間、端子１０３０、１０３３間に配置されたアナログスイッチ（図示せず）の１つを制御回路１０４からの制御信号に基づいてオンするようになっている。

次に、通信システムの動作を説明する。なお、トランシーバ１からトランシーバ２の方向を「上り」、トランシーバ２からトランシーバ１の方向を「下り」と表現する。

（リンクモード）
まず、トランシーバ１、２は、当初はリンクモードに設定されており、互いに相手を検出する。

リンクモードのトランシーバ２において、制御回路２５は、下りリンクデータを送信器２３に与える。これにより、送信器２３は、下りリンクデータに基づく送信信号つまり下りリンク信号を電極２１、２２間に印加する。下りリンク信号は、電極２１に乗ったユーザＵの人体を介して、トランシーバ１に送信される。下りリンク信号の送信は、後述の上りリンク信号が受信されるまで、逐次行われる。ユーザＵの人体には、下り信号に応じた電界が誘起される。

トランシーバ１では、制御回路１０４がスイッチ回路１０３に対し、互いに異なる３つの制御信号（制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３という）を順次に与え、これを繰り返す。

スイッチ回路１０３は、制御信号Ｓ１が与えられている間は、端子１０３０、１０３１間のみを導通させる。スイッチ回路１０３は、制御信号Ｓ２が与えられている間は、端子１０３０、１０３２間のみを導通させる。スイッチ回路１０３は、制御信号Ｓ３が与えられている間は、端子１０３０、１０３３間のみを導通させる。

一方、受信器１０２は、回路節点Ａ、Ｂ間に印加された受信信号つまり下りリンク信号を増幅し、増幅後の下りリンク信号を制御回路１０４に与える。なお、受信器１０２の各入力端子がフローティングになっているので、回路グラウンドの電位の揺らぎにより下りリンク信号が揺らぐのを防止することができる。

制御回路１０４は、与えられる下りリンク信号の振幅を検出する。例えば、トランシーバ１が筐体Ｋ２の裏面から握られたことで、電極１２が手に触れ、一方、電極１１は手に触れず、これにより、制御信号Ｓ１をスイッチ回路１０３に与えている間の振幅が最も大きくなったこととする。

仮に、電極１１、１２の両方に手が触れてしまうと、電極１１、１２間のインピーダンスおよび電極１１、１２間に生じる下りリンク信号の振幅が低下し、この場合は、例えば、電極１２、１３間に生じる下りリンク信号の振幅の方が大きくなる。

なお、各電極１１、１２の面積は同じになっているので、トランシーバ１を筐体Ｋ１の表面から握ったときでも、トランシーバ１が筐体Ｋ２の裏面から握られたときの振幅とほぼ同じ振幅を得ることができる。

さて、制御信号Ｓ１をスイッチ回路１０３に与えている間の振幅が最も大きくなったなら、制御回路１０４は、以降、継続的に制御信号Ｓ１をスイッチ回路１０３に与える。つまり、これ以降は、電極１１、１２が継続的に使用されるのである。

そして、制御回路１０４は、上りリンクデータを送信器１０１に与える。これにより、送信器１０１は、上りリンクデータに基づく送信信号つまり上りリンク信号を回路節点Ａ、Ｂ間に印加する。なお、送信器１０１の各出力端子がフローティングになっているので、回路グラウンドの電位の揺らぎにより上りリンク信号が揺らぐのを防止することができる。

上りリンク信号は、回路節点Ａ、Ｂを介して、電極１１、１２間に印加される。上りリンク信号は、ユーザＵの人体を介して、トランシーバ２で受信される。ユーザＵの人体には、上りリンク信号に応じた電界が誘起される。

トランシーバ２では、受信器２４が、電極２１、２２を介して入力される上りリンク信号を増幅し、増幅後の上りリンク信号を制御回路２５に与える。

こうして、トランシーバ１、２が、互いに相手を検出すると、リンクモードからデータ通信モードに移行する。

（データ通信モード：下り）
データ通信モードでは、例えばトランシーバ２が、下りリンク信号と同様に下りデータパケットをトランシーバ１に送信する。ユーザＵの人体には、下りデータパケットに応じた電界が誘起される。

トランシーバ１では、制御回路１０４がスイッチ回路１０３に対し、制御信号Ｓ１を継続的に与えている。

一方、受信器１０２は、回路節点Ａ、Ｂ間に印加された受信信号つまり下りデータパケットに基づく受信信号を増幅し、増幅後の受信信号を制御回路１０４に与える。なお、受信器１０２の各入力端子がフローティングになっているので、回路グラウンドの電位の揺らぎにより受信信号が揺らぐのを防止することができる。

制御回路１０４は、受信信号から下りデータパケットを得たなら、受信応答（ＡＣＫ）を示すデータを送信器１０１に与える。これにより、送信器１０１は、与えられたデータに基づく送信信号つまり受信応答信号を回路節点Ａ、Ｂ間に印加する。なお、送信器１０１の各出力端子がフローティングになっているので、回路グラウンドの電位の揺らぎにより受信応答信号が揺らぐのを防止することができる。

受信応答信号は、回路節点Ａ、Ｂを介して、電極１１、１２間に印加される。受信応答信号は、ユーザＵの人体を介して、トランシーバ２で受信される。ユーザＵの人体には、受信応答信号に応じた電界が誘起される。

トランシーバ２は、受信応答信号を受信したなら、次のデータパケットをトランシーバ１に送信する。

トランシーバ２は、例えば、人がトランシーバ１を握り直したことにより、受信応答信号を受信できなかったなら、データ通信モードからリンクモードに移行し、下りリンク信号を送信する。

一方、トランシーバ１も、例えば、人がトランシーバ１を握り直したことにより、次のデータパケットを受信できなかったなら、データ通信モードからリンクモードに移行し、下りリンク信号を待ち受ける。

（データ通信モード：上り）
データ通信モードでは、例えばトランシーバ１が、上りリンク信号と同様に上りデータパケットをトランシーバ２に送信する。ユーザＵの人体には、上りデータパケットに応じた電界が誘起される。

トランシーバ２では、受信器２４が、上りデータパケットに基づく受信信号を増幅し、増幅後の受信信号を制御回路２５に与える。

制御回路２５は、受信信号から上りデータパケットを得たなら、受信応答（ＡＣＫ）を示すデータを送信器２３に与える。これにより、送信器２３は、与えられたデータに基づく送信信号つまり受信応答信号を電極２１、２２間に印加する。受信応答信号は、ユーザＵの人体を介して、トランシーバ１で受信される。ユーザＵの人体には、受信応答信号に応じた電界が誘起される。

トランシーバ１は、受信応答信号を受信したなら、次のデータパケットをトランシーバ２に送信する。

トランシーバ１は、例えば、人がトランシーバ１を握り直したことにより、受信応答信号を受信できなかったなら、データ通信モードからリンクモードに移行し、下りリンク信号を待ち受ける。

一方、トランシーバ２も、例えば、人がトランシーバ１を握り直したことにより、次のデータパケットを受信できなかったなら、データ通信モードからリンクモードに移行し、下りリンク信号を送信する。

したがって、本実施の形態に係るトランシーバ１は、複数の電極１１〜１４と、２回路節点Ａ、Ｂ間に送信信号を印加し、２回路節点Ａ、Ｂ間に印加された受信信号を処理する半二重送受信回路（送信器１０１および受信器１０２）と、与えられる制御信号に対応する２つの電極を２回路節点Ａ、Ｂに接続するスイッチ回路１０３と、スイッチ回路１０３に対して制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を順次に与え、当該制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に対応する２電極を介して２回路節点Ａ、Ｂ間に印加された受信信号（下りリンク信号）の振幅を検出し、当該振幅を最も大きくした制御信号（例では、制御信号Ｓ１）に対応する２つの電極（例では、電極１１、１２）が２回路節点に継続的に接続されるようにスイッチ回路１０３を制御する制御回路１０４とを備えるので、トランシーバ１をどのように握った場合でも、その握り方においては、信号の振幅を最も大きくでき、よって、より良好な通信を行うことができる。

なお、回路節点Ａは電極１１に予め接続され、スイッチ回路１０３は、回路節点Ｂを電極１２〜１４の１つに接続するようにしているが、以下のようにしてもよい。

つまり、スイッチ回路１０３は、回路節点Ａを複数の電極（電極１１に代わるもの）の１つに接続する回路と、回路節点Ｂを別の複数の電極（電極１２〜１４に代わるもの）の１つに接続する回路とを備える。この場合でも、スイッチ回路１０３は、制御回路１０４から与えられる制御信号に対応する２つの電極を２回路節点Ａ、Ｂに接続する。これにより、トランシーバ１の握り方の更なる多様性に対応でき、場合によっては、受信信号の振幅を更に大きくでき、更に良好な通信を行うことができる。

また、上記のような振幅の最大化をトランシーバ２で行ってもよい。つまり、ユーザＵは電極２１から少し外れた位置に立つこともあるので、そのように、トランシーバ２における電極とユーザＵの人体と位置関係が固定的でない場合は、上記のような振幅の最大化が有効であり、これにより良好な通信を行うことができようになる。

また、トランシーバ１を２つ用い、それぞれのユーザが同じ床の上に立っているときに、各ユーザの人体と床を介して、トランシーバ１間で通信を行ってもよい。その際、上記のような振幅の最大化を各トランシーバ１で行うことで、より良好な通信を行うことができる。

また、電界伝達媒体は、上記のようなユーザＵの人体や床などに限られず、電界を誘起させて伝達できるものであれば、如何なるものでもよい。

１、２…トランシーバ
１１〜１４、２１、２２…電極
２３、１０１…送信器
２４、１０２…受信器
２５、１０４…制御回路
１０３…スイッチ回路
Ａ、Ｂ…回路節点
Ｕ…ユーザ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…制御信号

Claims (5)

1. 電界伝達媒体に電界を誘起させて通信を行うトランシーバであって、
   複数の電極と、
   所定の２回路節点間に送信信号を印加し、前記２回路節点間に印加された受信信号を処理する半二重送受信回路と、
   与えられる制御信号に対応する２つの前記電極を前記２回路節点に接続するスイッチ回路と、
   前記スイッチ回路に対して互いに異なる制御信号を順次に与え、当該互いに異なる制御信号に対応する２つの前記電極を介して前記２回路節点間に印加された受信信号の振幅を検出し、当該振幅を最も大きくした制御信号に対応する２つの前記電極が前記２回路節点に継続的に接続されるように前記スイッチ回路を制御する制御回路と
   を備えることを特徴とするトランシーバ。
2. 前記一方の回路節点は、前記複数の電極の１つに予め接続され、
   前記スイッチ回路は、
   前記他方の回路節点を当該１つの電極を除く複数の電極の１つに接続するものである
   ことを特徴とする請求項１記載のトランシーバ。
3. 前記スイッチ回路は、
   前記一方の回路節点を前記複数の電極に含まれる複数の電極の１つに接続する回路と、
   前記他方の回路節点を当該複数の電極を除く複数の電極の１つに接続する回路とを備える
   ことを特徴とする請求項１記載のトランシーバ。
4. 電界伝達媒体に電界を誘起させて通信を行う２つのトランシーバを備える通信システムであって、
   少なくとも一方のトランシーバは、
   複数の電極と、
   所定の２回路節点間に送信信号を印加し、前記２回路節点間に印加された受信信号を処理する半二重送受信回路と、
   与えられる制御信号に対応する２つの前記電極を前記２回路節点に接続するスイッチ回路と、
   前記スイッチ回路に対して互いに異なる制御信号を順次に与え、当該互いに異なる制御信号に対応する２つの前記電極を介して前記２回路節点間に印加された受信信号の振幅を検出し、当該振幅を最も大きくした制御信号に対応する２つの前記電極が前記２回路節点に継続的に接続されるように前記スイッチ回路を制御する制御回路と
   を備えることを特徴とする通信システム。
5. 電界伝達媒体に電界を誘起させて通信を行うトランシーバの動作方法であって、
   前記トランシーバは、
   複数の電極と、所定の２回路節点間に送信信号を印加し、前記２回路節点間に印加された受信信号を処理する半二重送受信回路と、与えられる制御信号に対応する２つの前記電極を前記２回路節点に接続するスイッチ回路と、前記スイッチ回路に対して制御信号を与える制御回路とを備え、
   前記トランシーバの動作方法は、
   前記制御回路が、前記スイッチ回路に対して互いに異なる制御信号を順次に与えるステップと、
   前記制御回路が、当該互いに異なる制御信号に対応する２つの前記電極を介して前記２回路節点間に印加された受信信号の振幅を検出するステップと、
   前記制御回路が、当該振幅を最も大きくした制御信号に対応する２つの前記電極が前記２回路節点に継続的に接続されるように前記スイッチ回路を制御するステップと
   を含むことを特徴とするトランシーバの動作方法。

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